上海交通大學機械與動力工程學院副教授錢小石、教授陳江平團隊，與物理學院、自然科學研究院特別研究員洪亮課題組、化學化工學院教授黃興溢課題組組成的跨學科交叉研究團隊，通過精巧設計分子缺陷調控弛豫鐵電材料，制備了一種極化高熵高分子，顯著提高低電場下的巨電卡效應，并首次將循環(huán)壽命提高至逾百萬次。相關研究成果發(fā)表于《自然》，這是我國科研單位首次在《自然》發(fā)表以電卡制冷為主題的論文。

巨電卡效應是一種奇異的凝聚態(tài)物理現(xiàn)象，利用電介質充放電過程中的可逆電致溫變組成制冷循環(huán)，逆著溫度梯度輸運熱量。該領域研究涉及工程熱物理、凝聚態(tài)物理、電子電氣工程、機械工程、有機/無機功能材料等學科，具有顯著學科交叉特色。電卡制冷系統(tǒng)使用介電電容器制冷，電能損耗小、能效高，具有零溫室效應潛能、易于小型化/輕量化等特點，是實現(xiàn)雙碳目標的前瞻技術之一。然而，目前最優(yōu)的制冷電介質仍需極高外加電場，才能產生工業(yè)化可用的降溫效果，而高電場在實際樣機工作過程中，極易造成材料老化與擊穿，如何提升材料在低電場下的電致熵變是應用領域亟需攻克的難題。

為此，研究人員通過設計一系列極化高熵高分子,顯著增強了高分子的本征電致熵變，無需異質材料摻雜。在較低外加電場(50 MVm-1)的驅動下，這種極化高熵材料表現(xiàn)出的電卡效應是目前最優(yōu)制冷高分子的近4倍。多種結構表征均表明，高熵高分子同時具備更高的結晶度與更小的晶粒尺寸，據(jù)此可推測材料內呈現(xiàn)極化基元數(shù)量的顯著增長，系統(tǒng)具有更高的自由度與極化熵。

研究人員發(fā)現(xiàn)，該高熵高分子能夠在實現(xiàn)低場巨電卡效應的同時表現(xiàn)出較高的機械強度，有利于探索該型材料后續(xù)產業(yè)化工藝。此外，相同工況下，循環(huán)壽命提高超過20000倍，使用該型高熵高分子的主動回熱型制冷系統(tǒng)理論溫跨超過50攝氏度、大溫跨工況下熱力學完善度超過80%。

錢小石為該論文第一作者與通訊作者。洪亮、黃興溢、北京理工大學特別研究員黃厚兵為共同通訊作者。該研究得到科技部重點研發(fā)計劃變革性技術與關鍵科學問題專項、國家自然科學基金和上海市自然科學基金原創(chuàng)探索項目的資助。

(關鍵字：制冷)